JP6648741B2 - 鋼塊転回装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼塊材を転回する鋼塊転回装置に関する。

インゴットと呼ばれる鋼塊材を圧延してスラブと呼ばれる鋼片材を製造する場合に、鋼塊材を９０度ずつ転回しながら水平圧延機のみによって鋼塊材の幅及び厚みを調整する圧延設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された先行技術では、鋼塊材の下側面の隅部に爪部材を係合させ、爪部材を上昇させて鋼塊材を引き上げながら鋼塊材の爪部材とは反対側を受け部材で受けることにより、鋼塊材を９０度転回させる。

そして、鋼塊材の下側隅部を爪部材で上方に引き上げる場合に、昇降装置が設けられている。この昇降装置は、爪部材を支持する回転自在に配置された回動アームと、電動モータで回転駆動される回転装置と、回動アーム及び回転装置を連結する連結アームとで構成されている。
また、重量が３０ｔｏｎを超えるような大断面の鋼塊材では、鋼塊材を転回する際に、搬送装置への衝撃が大きく、設備破損に繋がることからこの衝撃を抑制するために、転回時の鋼塊材を受ける傾斜装置を設けるようにしている。

特開２０１５−１６０２３２号公報

ところで、上記特許文献１に記載された先行技術では、転回時の鋼塊材を受ける傾斜装置を設けることにより、転回時に生じる衝撃を緩和することができるが、鋼塊材の重量が昇降装置の引き上げ能力を超える大断面鋼塊材については転回できないという課題がある。このような大断面鋼塊材を転回させるには、大断面鋼塊材に応じた引き上げ能力を有する昇降装置を新設する必要があり、大規模な設備投資となるため費用が高額となることに加えて、導入までの期間も長くなってしまう。
そこで、本発明は、上記先行技術の課題に着目してなされたものであり、低費用且つ短期間で鋼塊材引き上げ能力を向上させることが可能な鋼塊転回装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る鋼塊転回装置は、断面方形の鋼塊材を搬送装置上で転回する鋼塊転回装置であって、搬送装置に搭載された鋼塊材の下側面に係合する複数の爪部材と、この爪部材を鋼塊材の下側隅部に係合させた状態で上昇させる昇降装置と、爪部材と鋼塊材を挟んで対向し、鋼塊材を受け止める受け部材とを備えている。昇降装置は、搬送装置の搬送方向に延長して回動可能に支持された駆動軸と、この駆動軸に固定された爪部材の上端を回動可能に支持する複数の回動アームと、駆動軸を回動させる推力を発生する主回動機構と、鋼塊材が前記主回動機構の推力を超える重量である場合に前記主回動機構による前記駆動軸の回動を補助する直動アクチュエータとを備えている。

本発明の一態様によれば、主回動機構で大断面鋼塊材の転回のための推力が不足する場合に、直動アクチュエータによって不足する推力分を補助することにより、低費用且つ短期間で高重量の大断面鋼塊材の転回を容易に行うことが可能な鋼塊転回装置を提供できる。

本発明を適用し得る圧延設備の概略構成を示す斜視図である。 本発明に係る鋼塊転回装置の一実施形態を示す平面図である。 図２の拡大右側面図である。 図２のIII−III線上の断面図である。 鋼塊材の転回動作を説明する説明図である。 本発明に係る鋼塊転回装置の変形例を示す図３と同様の拡大右側面図である。

以下、本発明に係る鋼塊転回装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

先ず、本発明を適用し得る圧延設備について図１を伴って説明する。
圧延設備の中央部には水平圧延機１が配置されている。この水平圧延機１は、圧延ロール２の軸が水平方向に配置されたものであり、鋼材を往復させて所謂リバース圧延が可能なものである。
水平圧延機１の入側及び出側には、鋼材を搭載して搬送するための搬送装置３が配置されている。この搬送装置３は、一般的な搬送ロール４に鋼材を搭載し、各搬送ロール４を回転させることで鋼材を搬送するものである。本実施形態では、これらの搬送装置３の搬送ロール４上にインゴットと呼ばれる鋼塊材Ｓを搭載し、鋼塊材Ｓを水平圧延機１に往復搬送して圧延を行う。なお、本実施形態で圧延する鋼塊材Ｓは、一般の鋼塊材と同じく、直方体又は立方体形状である。

搬送装置３の上方における鋼塊材Ｓの搬送方向と直交方向両側には、板状のサイドガイド５、６が搬送方向に沿って鉛直に立設されている。このうち、図の左側のサイドガイド５は、搬送ロール４毎に分割され、分割されたサイドガイド５の間に予め設定された隙間が形成され、その夫々の隙間に爪部材７が配置されている。
一方、図の右側のサイドガイド６は、搬送ロール４の数本分、搬送方向に沿って連続し、且つ図に二点鎖線で示すように、上部が鋼塊材Ｓから離間するように傾斜し、その傾斜状態で受け部材を構成する。
そして、爪部材７及び受け部材を含んで鋼塊転回装置１０が構成されている。この鋼塊転回装置１０は、図２〜図４に示すように、爪部材７と、この爪部材７を上昇させる昇降装置１１と、受け部材となるサイドガイド６（図１参照）とを備えている。

爪部材７は、図５を用いて後述するように、搬送装置３の搬送ロール４上に搭載されている鋼塊材Ｓの下側面における図５中の図示左側の下側隅部に下方及び側方から係合するものである。爪部材７は、上下方向に長手な基部７ａと、基部７ａの下端部に形成された爪部７ｂを備えて構成される。このうち、爪部７ｂは、爪部材７が下降端部にあるときに当該爪部７ｂの上面が搬送ロール４の上端面より下方に位置するように配置されている。また、基部７ａは、サイドガイド５の鋼材側面と同等か、又はそれよりも少しだけ引っ込んだ位置に配置され、その上端部が後述する回動アーム２２の一方の端部に接続されている。
また、サイドガイドを兼任する受け部材６は、爪部材７に係合されて転回される鋼塊材Ｓを受けるものである。

昇降装置１１は、図３に示すように、搬送装置３に対して進退移動可能な架台２０上に配置されている。この昇降装置１１は、駆動軸２１と、この駆動軸２１に取り付けられた回動アーム２２と、駆動軸２１を回動させる主回動機構２３と、この主回動機構２３の推力を補助する直動アクチュエータとしての油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂとで構成されている。
駆動軸２１は、サイドガイド５の外側に搬送装置３の搬送方向に延長し、架台２０に設けられた軸受２５によって回動可能に支持されている。

回動アーム２２は、駆動軸２１に爪部材７の配置位置に対応して６本軸方向に間隔を空けて取り付けられている。これら回動アーム２２の先端には、図３に示すように、爪部材７の上端が回動可能に支持されている。
主回動機構２３は、図４に示すように、駆動軸２１の下側に配置された電動モータ２６と、この電動モータ２６の出力軸２６ａにカップリング２７を介して連結されたウォーム減速機２８と、中央側の２本の回動アーム２２に一体に形成された揺動アーム２９Ａ、２９Ｂと、これら揺動アーム２９Ａ、２９Ｂとウォーム減速機２８の出力側との間を連結する連結アームとしてのコンロッド３０Ａ、３０Ｂとを備えている。

ウォーム減速機２８は、電動モータ２６の出力軸２６ａにカップリング２７を介して連結されたウォーム２８ａと、このウォーム２８ａに噛合するウォームホイール２８ｂと、このウォームホイール２８ｂの回転軸２８ｃの両端にそれぞれ一端が固定され、回転軸２８ｃの回転に伴って回動する出力アーム２８ｄ、２８ｅとを備えている。両出力アーム２８ｄ、２８ｅの他端に形成された突起２８ｆにコンロッド３０Ａ、３０Ｂが回転可能に連結されており、すなわち、コンロッド３０Ａ、３０Ｂは、両出力アーム２８ｄ、２８ｅの他端（回転軸２８ｃに固定されていない側）に回動可能に連結されている。

揺動アーム２９Ａ、２９Ｂは、図４に示すように、回動アーム２２に対して直角に延長するように一体に形成され、回動アーム２２と揺動アーム２９Ａ又は２９ＢとでＬ字状アームが構成されている。このＬ字状アームの回動アーム２２と揺動アーム２９Ａ、２９Ｂとの接続部が駆動軸２１に固定されている。
したがって、主回動機構２３では、電動モータ２６を駆動して、出力軸２６ａを図４に示す矢印Ａの方向に回転させることにより、ウォーム減速機２８の出力アーム２８ｄ、２８ｅが図４の矢印Ｂで示すように反時計方向に回転する。この出力アーム２８ｄ、２８ｅが反時計方向に１回転する間にコンロッド３０Ａ、３０Ｂ及び揺動アーム２９Ａ、２９Ｂを介して駆動軸２１が反時計方向及び時計方向に回動されて回動アーム２２が図３に示す実線図示の停止位置と一点鎖線図示の回動終了位置との間を往復回動する。したがって、爪部材７が下降位置から上昇位置に達した後下降位置に戻る。

この主回動機構２３では、例えば３０数ｔｏｎの鋼塊材Ｓを爪部材７で引き上げて転回するために必要な推力を発生するように電動モータ２６の出力トルク及びウォーム減速機２８の減速比が設定されている。
油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂは、筒状チューブとしてのシリンダチューブ２４ａ内に直動軸としてのピストンロッド２４ｂが伸縮可能に配置された複動形シリンダの構成を有している。シリンダチューブ２４ａの軸方向中央位置よりヘッド側位置が架台２０に固定されたクレビス３１に回動可能に支持されている。これら油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂは、キャップ側に油圧を供給することにより、ピストンロッド２４ｂが伸長し、ヘッド側に油圧を供給することにより、ピストンロッド２４ｂが収縮する。

ピストンロッド２４ｂの先端には、連繋アーム３２が取り付けられている。この連繋アーム３２には、図３に示すように、先端側に軸方向に延長する長孔３２ａが形成され、この長孔３２ａに駆動軸２１の両端側の回動アーム２２に一体に形成された補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂの先端に形成された係合突起３３ａが係合されている。
ここで、油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂが停止位置すなわちピストンロッド２４ｂが収縮した位置にある状態で、且つ爪部材７が下降位置にある状態で、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂの係合突起３３ａが長孔３２ａの油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂ側に係合している。

したがって、この停止位置にある状態で、ピストンロッド２４ｂを伸長させることにより、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂ及び駆動軸２１を図３で見て反時計方向に回動させる押し推力を発生することができる。また、油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂが停止位置にある状態で、主回動機構２３によって駆動軸２１を反時計方向に回動させたときには、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂの反時計方向の回動に伴って係合突起３３ａが長孔３２ａの油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂとは反対側に移動し、駆動軸２１の反時計方向の回動に対して負荷となることはない。
ここで、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの押し推力は、双方合計で例えば爪部材７で例えば１５ｔｏｎを超える鋼塊材Ｓを引き上げ可能な推力に設定されている。

次に、上記実施形態の動作について図５を伴って説明する。
図５は、断面が長方形の鋼塊材Ｓが断面の長辺、つまり厚さ方向の端面を上下面にして搬送装置３の搬送ロール４上に搭載されている状態から、断面の短辺、つまり幅方向の端面を上下面にするように転回される様子を示している。なお、図では、搬送ロール４の上端面のみを搬送装置３と見なして表示している。
このような場合には、図５（ａ）に示すように鋼塊材Ｓの右側に接触しているサイドガイド６を図５（ｂ）に示すように図の右方、即ち鋼塊材Ｓから遠ざかる方向に移動し、爪部材７が鋼塊材Ｓの下側面の左端隅部に係合している状態で爪部材７を上昇する。これに伴って鋼塊材Ｓの下側面の左端隅部が上昇し、鋼塊材Ｓは下側面の右端隅部を中心として回転する。この間に、右側のサイドガイド６の上端部を時計回り方向に回転させて傾斜させる。なお、爪部材７を上昇させるときには、鋼塊材Ｓとの係合が外れてしまわないように、爪部材７を鋼塊材Ｓ側に移動させ続ける。

右側のサイドガイド６が予め設定された角度、例えば水平面から６０°の角度まで傾斜したら、図５（ｃ）に示すように、サイドガイド６を鋼塊材Ｓに接近させて鋼塊材Ｓの斜め右下側面の下方に移動する。その状態で、爪部材７によって鋼塊材Ｓの斜め左下側面の左端隅部を更に上昇し、鋼塊材Ｓの重心が回転中心である斜め左下側面の右端隅部よりも右方に移動すると、鋼塊材Ｓが自重で回転して転回しようとする。
このとき、図５（ｄ）に示すように、右側のサイドガイド６が受け部材となって鋼塊材Ｓを受け止める。転回しようとする鋼塊材Ｓを右側のサイドガイド６が受け部材となって受け止めたら、図５（ｅ）に示すように図示右側のサイドガイド６を鋼塊材Ｓから遠ざかるように右方に移動すると、鋼塊材Ｓの斜め右下側面の右端隅部が傾斜しているサイドガイド６の受け面を滑って次第に搬送ロール４の上端面に接近する。

そして、図５（ｆ）に示すように鋼塊材Ｓが転回した状態で搬送装置３の搬送ロール４の上面に搭載されたら右側のサイドガイド６を鉛直状態に戻して鋼塊材Ｓ側、つまり左方に移動させると共に、爪部材７と共に図示しない左側のサイドガイド５も鋼塊材Ｓ側、つまり右方に移動させる。
このとき、主回動機構２３で発生する推力で爪部材７を上昇させることができる鋼塊材Ｓであるときには、前後の油圧シリンダ２４Ａ及び２４Ｂに油圧は供給されず、ピストンロッド２４ｂは図３で実線図示のように収縮位置となる停止位置を保持する。

そして、主回動機構２３によって揺動アーム２９Ａ、２９Ｂを介して駆動軸２１が図３において反時計方向に回動される。これによって、回動アーム２２が反時計方向に回動し爪部材７を上方に引き上げ、鋼塊材Ｓを転回させる。
この回動アーム２２の反時計方向の回動によって補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂも反時計方向に回動するが、係合突起３３ａが油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂのピストンロッド２４ｂに連結された連携アーム３２の長孔３２ａに係合しているので、係合突起３３ａは、長孔３２ａ内を右方に油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂとは反対方向に移動する。

このとき、係合突起３３ａは駆動軸２１の中心を中心とする円弧軌跡を描いて移動するが、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂのシリンダチューブ２４ａがクレビス３１によって回動可能に支持されているので、係合突起３３ａの円滑な移動が許容される。このため、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂが主回動機構２３による爪部材７の上昇に負荷となることがない。
一方、鋼塊材Ｓが主回動機構２３の推力で引き上げることができる重量（例えば３０数ｔｏｎ）を超える例えば４２ｔｏｎの大断面鋼塊材である場合には、主回動機構２３の推力だけでは爪部材７を引き上げることができない。このため、主回動機構２３の電動モータ２６を回転駆動すると同時に油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂのキャップ側に高圧油圧を供給する。このため、ピストンロッド２４ｂが伸長し、連携アーム３２を図３で見て右側に移動させる。

このとき、連携アーム３２の長孔３２ａの油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂ側端部に補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂの係合突起３３ａが係合しているので、連携アーム３２の右側の移動に伴って補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂが図３で見て反時計方向に移動される。したがって、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの推力が補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを介して駆動軸２１に伝達され、主回動機構２３の推力に加えられる。
このため、爪部材７で４２ｔｏｎの大断面鋼塊材Ｓを上方に引き上げることが可能となる。より大きな推力を必要とする場合には、主回動機構２３の両側の回動アーム２２にも補助揺動アーム３３Ａ，３３Ｂを形成し、これらに油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂを連結すればよい。

このように、上記実施形態によれば、主回動機構２３の推力に油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの推力を加えることができるので、主回動機構２３単独では転回できない大重量の大断面鋼塊材を転回させることができる。
しかも、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの動作を停止している状態で、これら油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂが主回動機構２３の負荷となることがなく、主回動機構２３の動作に支障を与えることがない。
さらに、油圧シリンダ２４Ａ，２４Ｂを補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを介して駆動軸２１に連結するだけでよいとともに、高圧油圧源は離れた位置に設置することができ、電動モータやウォーム減速機のように占有面積が大きくなることがなく、容易に設置することができる。したがって、増設工事を短期間で行うことができるとともに、増設費用を軽減することができる。

しかも、上記実施形態のように、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを回動アーム２２と一体に形成することにより、既存の回動アーム２２に補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを溶接するか、回動アーム２２と補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂとを鍛造や鋳造によって一体に成形したものを既存の回動アーム２２と交換するだけで済む。
したがって、駆動軸２１に新たな揺動軸を連結する必要がなく、より増設工事を容易に行うことができる。また、主回動機構２３に付加する推力は個々の油圧シリンダの推力を上げるから油圧シリンダの設置台数を変更することにより、容易に調整することができる。

さらに、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの押し推力を補助推力として使用するので、キャップ側の油圧室の容積がヘッド側の容積に比較してピストンロッド分大きくなるので、引き推力に比較して大きな推力を発生することができる。
ちなみに、主回動機構を推力の大きな製品に交換することも考えられるが、この場合には電動モータやウォーム減速機が大型化することから既存の主回動機構との交換に制約が生じるとともに、既存の主回動機構を廃棄して新たな主回動機構を購入することになるので、爪部材７を引き上げる推力を上げるための改造設備費が高くなってしまう。

また、主回動機構２３と並列に電動モータとウォーム減速機で構成される副回動機構を配置することも考えられる。しかしながら、ウォーム減速機は減速比が大きくなるとウォームホイール側からウォームを回転させることができなくなり、ウォームホイール側からウォームを回転できるとしても負荷が大きくなる。このため、主回動機構のみを回転させる場合に、副回動機構の負荷分が増加することになり、爪部材７を引き上げる推力が減少してしまう。したがって、主回動機構と副回動機構とを常時同期させて作動させる必要があり、電力消費量が増加し、稼働経費が嵩むという問題が生じる。

本実施形態では、油圧シリンダで推力を発生させることにより、上記問題を解消することができる。
なお、上記実施形態では、直動アクチュエータとして油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂを適用した場合について説明したが、水圧や空気圧を使用する流体圧シリンダや、電動シリンダなどの他の直動アクチュエータを適用することもできる。
また、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂは回動アーム２２に一体に形成する場合に代えて、回動アーム２２とは異なる位置で駆動軸２１に取り付けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂのピストンロッド２４ｂに連結した連携アーム３２に長孔３２ａを形成し、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂに長孔３２ａに係合する係合突起３３ａを形成する場合について説明した。本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、図６に示すように、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂにその回動中心を中心とする円弧状の長孔４１を形成し、連繋アーム３２に長孔４１に係合する係合突起４２を形成するようにしてもよい。この場合には、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの停止状態すなわちピストンロッド２４ｂの収縮状態で係合突起４２が長孔４１の反時計方向側端部に係合するようにすればよい。

また、上記実施形態では、油圧シリンダ２４Ａ、２４Ｂの押し推力で補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを回動させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂを駆動軸２１の中心を挟んで反対側に形成し、これら補助揺動アーム３３Ａ、３３Ｂに直動アクチュエータを連結することにより、直動アクチュエータの駆動軸の収縮時における引き推力で揺動アームを回動させるようにしてもよい。

１…水平圧延機、２…圧延ロール、３…搬送装置、５…サイドガイド、６…サイドガイド（受け部材）、７…爪部材、１０…鋼塊転回装置、１１…昇降装置、２１…駆動軸、２２…回動アーム、２３…主回動機構、２４Ａ、２４Ｂ…油圧シリンダ、２６…電動モータ、２８…ウォーム減速機、２９Ａ、２９Ｂ…揺動アーム、３２…連繋アーム、３２ａ…長孔、３３Ａ、３３Ｂ…補助揺動アーム、３３ａ…係合突起、４１…長孔、４２…係合突起

Claims (7)

1. 断面方形の鋼塊材を搬送装置上で転回する鋼塊転回装置であって、
   前記搬送装置に搭載された前記鋼塊材の下側面に係合する複数の爪部材と、
   前記爪部材を鋼塊材の下側隅部に係合させた状態で上昇させる昇降装置と、
   前記爪部材と前記鋼塊材を挟んで対向し、当該鋼塊材を受け止める受け部材とを備え、
   前記昇降装置は、前記搬送装置の搬送方向に延長して回動可能に支持された駆動軸と、該駆動軸に固定された前記爪部材の上端を回動可能に支持する複数の回動アームと、前記駆動軸を回動させる推力を発生させるに主回動機構と、前記鋼塊材が前記主回動機構の推力を超える重量である場合に前記主回動機構による前記駆動軸の回動を補助する直動アクチュエータとを備えていることを特徴とする鋼塊転回装置。
2. 前記主回動機構は、電動モータと、該電動モータの回転軸に連結された減速機と、前記駆動軸に固定された前記回動アームと異なる角度で延長する揺動アームと、一端が前記減速機の出力側に固定された出力アームと、一端が前記出力アームの他端に回動可能に連結され、他端が前記揺動アームの先端に連結されたコンロッドとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の鋼塊転回装置。
3. 前記直動アクチュエータは、筒状チューブに伸縮可能に配置された直動軸を有し、前記筒状チューブが固定部に回動可能に支持され、前記直動軸の先端に前記駆動軸に固定された補助揺動アームに連繋する連繋アームが取り付けられている請求項１又は２に記載の鋼塊転回装置。
4. 前記補助揺動アームは前記回動アームと一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の鋼塊転回装置。
5. 前記連繋アーム及び前記補助揺動アームには、前記直動軸が停止位置にある状態で、前記駆動軸の前記爪部材を上昇させる回転方向の回動を許容する係合部が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の鋼塊転回装置。
6. 前記係合部は、前記連繋アーム及び前記補助揺動アームの一方に形成された長孔と、他方に形成された長孔に係合する突起とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の鋼塊転回装置。
7. 前記直動アクチュエータは、流体圧シリンダ及び電動シリンダの何れかで構成されている請求項１から６の何れか一項に記載の鋼塊転回装置。

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